基于單片機(jī)的測(cè)速和倒車(chē)提示裝置的設(shè)計(jì)--外文翻譯要點(diǎn)

1、信息與控制工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯信息與控制工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯基于單片機(jī)的測(cè)速和倒車(chē)提示裝置的設(shè)計(jì)design of speed and reversing hint device based on singlechip microcomputer學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師：職 稱(chēng)：起止日期：2017.02.272017.03.05外文原文見(jiàn)本人文檔超聲波測(cè)距外文原文超聲波測(cè)距摘要：本演示處理了測(cè)量距離的超聲波傳感器在當(dāng)前環(huán)境中的準(zhǔn)確性。作為一個(gè)測(cè)量傳 感器的選擇sfr08型配備了允許尋址的i2c通信接口。這一事實(shí)使得創(chuàng)建傳感器陣列變 得簡(jiǎn)單?？刂坪涂梢暬到y(tǒng)是基于pc。ni

2、 usb 8451是作為通信卡使用的。驗(yàn)證測(cè)量的 目標(biāo)是確定實(shí)際的傳感器精度，特別是當(dāng)測(cè)量較長(zhǎng)的距離。當(dāng)評(píng)估傳感器的精度時(shí)，不 包括在所測(cè)量的數(shù)據(jù)的溫度補(bǔ)償。關(guān)鍵詞：超聲波傳感器，i2c通信接口，虛擬儀器1簡(jiǎn)介超聲波傳感器通常用于自動(dòng)化的任務(wù)來(lái)測(cè)量距離，位置變化，電平測(cè)量，如存在檢 測(cè)器或在特殊應(yīng)用中，例如，當(dāng)測(cè)量透明材料的純度。它們是基于測(cè)量超聲波的傳播時(shí) 問(wèn)的原則。這一原則確?？煽康臋z測(cè)是獨(dú)立的顏色渲染的對(duì)象或其表面的設(shè)計(jì)和類(lèi)型。 它可以可靠地檢測(cè)甚至液體，散裝材料，透明物體，玻璃等材料。他們使用的另一個(gè)參 數(shù)是他們?cè)谇致孕缘沫h(huán)境中使用，不是非常敏感的污垢和測(cè)量距離的可能性。超聲波傳 感器

3、在許多機(jī)械設(shè)計(jì)中被制造。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室用途，用于發(fā)射器和接收器單獨(dú)或在一個(gè)單 一的簡(jiǎn)單的住房，對(duì)于工業(yè)用途，往往建造堅(jiān)固的金屬外殼。有些類(lèi)型允許您使用電位 計(jì)或數(shù)字來(lái)調(diào)整靈敏度。止匕外，輸出可以在統(tǒng)一的版本中或直接以數(shù)字形式的模擬信號(hào) 直接中。就傳感器來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)通信接口連接到pc,它是可以設(shè)置所有傳感器的工作 范圍和測(cè)量距離的詳細(xì)參數(shù)。2超聲測(cè)量超聲對(duì)環(huán)境中的聲音具有相似的傳播特性。這是機(jī)械振動(dòng)的粒子環(huán)境。超聲波可以 在氣體、液體和固體中傳播。對(duì)于超聲波通常被認(rèn)為是一個(gè)頻率高于20千赫的聲音。根據(jù)超聲波的用途可以分為兩類(lèi)：主動(dòng)超聲：當(dāng)應(yīng)用表現(xiàn)出物理或化學(xué)效應(yīng)。生成的輸出達(dá)到更高的值。超聲波用于

4、 清潔，焊接，鉆孔等。被動(dòng)超聲；輸出是在低得多（通常是?。┲诞a(chǎn)生的對(duì)比度。他的主要應(yīng)用領(lǐng)域是測(cè) 量距離，檢測(cè)材料的缺陷和材料的厚度，測(cè)量液體和氣體的流量，以及醫(yī)療保健的診斷, 聲音的速度取決于它移動(dòng)的環(huán)境類(lèi)型和環(huán)境的當(dāng)前溫度。某些材料的聲速顯示在表1中表1材料中聲傳播的速度氣體（m/s）固體（m/s）液體（m/s）空氣（0c）331鋁5100水（20c）1481空氣（20c）343鋼5000水（25c）1497氨氣(25c)965混凝土1700汽油(20c)1170氫氣(25c)1284銅3500水銀（25c）14502.1 超聲波傳感器超聲波傳感器的工作原理是測(cè)量通常一些很短的脈沖發(fā)送和接收

5、的發(fā)送信號(hào)的反射 之間的時(shí)間差?；镜臉?gòu)建塊是發(fā)射器和接收器。發(fā)射器塊可以由兩種類(lèi)型的換能器組 成；磁致伸縮換能器-工作在低頻率，其原理是基于磁性材料長(zhǎng)度的力學(xué)變化。壓電換能器-工作在高頻率，其原理是基于逆壓電效應(yīng)。超聲波接收器是根據(jù)機(jī)械波 的反射原理反射回電信號(hào)。接收冷發(fā)即器圖1超聲波傳感器的方框圖2.2 超聲波傳感器srf08超聲波傳感器sf08有時(shí)也稱(chēng)為聲納。它是超聲波障礙探測(cè)器。它能夠測(cè)量的距離高 達(dá)11米。傳感器的測(cè)量的原則是超聲波信號(hào)的第八個(gè)周期和40千赫頻率。聲納測(cè)量 發(fā)送測(cè)試信號(hào)和接收其反射之間的時(shí)間。測(cè)量值（個(gè)別反射）存儲(chǔ)多達(dá)16個(gè)可以從主系 統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的寄存器。根據(jù)這個(gè)原則

6、，它遵循的一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是，這種傳感器-測(cè)量對(duì) 象的可能性只能處在理想的距離。該傳感器通過(guò)i2c總線(xiàn)進(jìn)行通信。這一事實(shí)允許您從 傳感器尋址，還可以創(chuàng)建傳感器陣列。除了改變?cè)O(shè)置在生產(chǎn)中的基本地址，傳感器能夠 從單位和測(cè)量環(huán)境光的輸出變量中選擇。聲納也適用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。2.3 傳感器srf08勺基本特征電源電壓：5伏直流電流消耗：12毫安-測(cè)量，3毫安-延遲頻率：40千赫測(cè)量范圍：43毫米- 11000毫米通信總線(xiàn)：i2c基地址：0xe0 （可調(diào)16個(gè)地址）測(cè)光模式：多回波，記錄多達(dá)17個(gè)早期反射單位：英寸、厘米、微秒尺寸：43x20x17毫米圖2傳感器srf08傳感器srf08寄存器列表如下。第一

7、個(gè)為只寫(xiě)寄存器（0-2）,其他的可用于讀寫(xiě)srf08共有36個(gè)寄存器。表2 srf08寄存器地址讀寫(xiě)0修訂版sw命令注冊(cè)表1燈光增益21.回波msb范圍31.回波lsb3417.回波msb3517.回波lsb2.4 尋址傳感器和測(cè)量測(cè)量過(guò)程首先在指令寄存器中寫(xiě)入80到82。根據(jù)適當(dāng)?shù)膯卧臏y(cè)量值的內(nèi)容（英 寸，厘米，微秒）。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ann）的情況下，指定一個(gè)83至85之間的和測(cè) 量模式相同的給定的格式單位命令是有必要的。傳感器地址的變化可以通過(guò)將值從160到170寫(xiě)入下表中的命令寄存器來(lái)完成。表3測(cè)量和尋址srf08指令描述十進(jìn)制十六進(jìn)制8050測(cè)量值（英寸）8151測(cè)量值（厘米）82

8、52測(cè)量值（微米）8353測(cè)量值（英寸）8454測(cè)量值（厘米）8555測(cè)量值（微米）160a0地址1.字節(jié)165a5地址2.字節(jié)170aa地址3.字節(jié)在開(kāi)始時(shí)，每個(gè)測(cè)量寄存器啟動(dòng)復(fù)位，從十進(jìn)制值255 （0xff）開(kāi)始讀數(shù)。推薦的 延遲時(shí)間是65毫秒。第一個(gè)完成測(cè)量后捕獲的回波聲納位于地址 2 （msb）和地址3 （lsb）,第二個(gè)回波在地址4、地址5,依此類(lèi)推。每一個(gè)測(cè)量也使位于地址1的光 傳感器更新，記錄更多反射的優(yōu)點(diǎn)是能夠在測(cè)量距離內(nèi)檢測(cè)到多個(gè)對(duì)象。綜上所述，閱 讀測(cè)量值可能在65毫秒后，或通過(guò)讀取寄存器的內(nèi)容。如果讀取值才 255,那么它便是 一個(gè)有效的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)你需要改變測(cè)量范圍可

9、以通過(guò)改變登記在地址0x2的值。值0x0表示43毫米的距 離,值0xff代表11米的距離.依靠寄存器值和范圍包含以下公式：范圍二【（記錄2） *43】+43 （毫米）（1）基本傳感器的地址是0xe0。它可以更改為其他16個(gè)地址之一（0xe0, 0xe2, 0xe4, 0xe6, 0xe8, 0xea, 0xec, 0xee, 0xf0, 0xf2, 0xf4, 0xf6, 0xf8, 0xfa, 0xfc, 0x fe）地址 可以在具有多個(gè)傳感器的i2c總線(xiàn)通信的應(yīng)用案例。另一種可能性是地址0x00。使用此 地址，您可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入總線(xiàn)上所有連接的傳感器。改變總線(xiàn)i2c地址必須連接到一個(gè) 傳感器

10、。換一個(gè)地址必須進(jìn)入連續(xù)三個(gè)命令序列（0xa0, 0xaa, 0xa5）需要改變他們 的順序。作為第四命令，然后注冊(cè)一個(gè)新的傳感器地址。這個(gè)順序必須寫(xiě)的地址 0x000 對(duì)于新地址不知道的傳感器來(lái)說(shuō)，推斷l(xiāng)ed的閃爍的數(shù)目時(shí)可能的，所以在led發(fā)出 一個(gè)長(zhǎng)光之后，伴隨著連續(xù)的短閃爍。十進(jìn)制形式產(chǎn)生的地址可以通過(guò)以下公式計(jì)算：地址=2*閃爍次數(shù)+224 （十進(jìn)制）（2）3與傳感器的通信帶傳感器的整個(gè)通信系統(tǒng)由一臺(tái)pc機(jī)和通用通信卡ni usb-8451,它提供了兩個(gè)接 口 spi和i2c。與傳感器通訊已選定的i2c接口。i2c是一個(gè)雙線(xiàn)串行總線(xiàn)。sda信號(hào)是用于數(shù)據(jù)傳輸，scl信號(hào)用于同步傳輸。

11、連接到總線(xiàn)的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)7或10位的設(shè)置在工廠(chǎng)的唯一地址。它用于選擇設(shè) 備。每個(gè)設(shè)備必須有不同的地址。在總線(xiàn)上可以連接設(shè)備作為主、從，另外設(shè)備也可以 作為主從?？偩€(xiàn)是一個(gè)多主的，這意味著，總線(xiàn)可以連接到一個(gè)以上的主人?？偩€(xiàn)還具 有用于在多個(gè)設(shè)備同時(shí)傳輸時(shí)檢測(cè)沖突的能力。數(shù)據(jù)sda和scl時(shí)鐘信號(hào)是雙向的數(shù)據(jù)線(xiàn)。信號(hào)被固定到邏輯高電平通過(guò)上拉電 阻接正電源電壓。連接到i2c總線(xiàn)上所有設(shè)備的輸出必須是集電極開(kāi)路型，這樣就可以 實(shí)現(xiàn)與邏輯功能?？偩€(xiàn)上的通信速度可能是不同的，以便連接到總線(xiàn)也較慢的設(shè)備。其中一個(gè)限制也 適用-更高的傳輸速率-總線(xiàn)的最大長(zhǎng)度越短。這種局限性是由于在高的線(xiàn)的長(zhǎng)度在寄生電

12、 容導(dǎo)體sda和scl的增加。默認(rèn)情況下，通信總線(xiàn)速度為100千位/秒（標(biāo)準(zhǔn)模式），在其他模式的通信速度高： 快速模式-400千位/秒，快速模式加1兆位潛，高速模式3,4兆位渺，美國(guó)最高波特率 （快速模式）是5兆位/秒。由于各種設(shè)備運(yùn)行在不同的電壓水平對(duì)i2c總線(xiàn)的連接是不固定的電平邏輯0（低） 和邏輯1 （高）。他們的值來(lái)源于電源電壓的百分比：低電平電壓=0.3電源電壓，高電 平電壓=0.7電源電壓。3.1 通訊協(xié)議開(kāi)始每個(gè)i2c總線(xiàn)通信起始于起始位、終止于停止位。通信的開(kāi)始，信號(hào)sda由高 電平變?yōu)榈碗娖?，scl信號(hào)處于高電平。通信結(jié)束時(shí)，信號(hào)scl在高電平時(shí)，信號(hào)sda 的邏輯電平從低變

13、為高電平。圖3通信中的起始和停止位啟動(dòng)和停止通信條件總是生成主站。當(dāng)啟動(dòng)通信時(shí)該總線(xiàn)被認(rèn)為是繁忙的，相反， 當(dāng)停止通信時(shí)，總線(xiàn)被認(rèn)為是空閑的的，在產(chǎn)生重啟條件而不是停止條件的情況下，總 線(xiàn)保持忙。在這方面，啟動(dòng)和重啟被認(rèn)為是相同的。檢測(cè)啟動(dòng)和停止條件非常簡(jiǎn)單，如果一個(gè)設(shè)備連接到總線(xiàn)，有相應(yīng)的硬件。然而， 沒(méi)有這個(gè)設(shè)備的微控制器必須至少每周期時(shí)鐘信號(hào)檢查總線(xiàn)的狀態(tài)2次。msb3r)開(kāi)始每個(gè)i2c總線(xiàn)通信由起始位開(kāi)始，由停止位結(jié)束。通信的開(kāi)始通過(guò)將信號(hào)sda 的邏輯電平h改變?yōu)閘電平來(lái)定義，而scl信號(hào)處于邏輯電平h。結(jié)束通信被定義為當(dāng) 信號(hào)scl是邏輯電平h時(shí)邏輯電平l到電平h信號(hào)sda的改變，

14、也在邏輯電平h。i瑞認(rèn)隔認(rèn)in鰭束4復(fù)鰭束短j . .ta /a k*/1aok 1 fak開(kāi)說(shuō)了專(zhuān)關(guān)成 i i拜放性電平更題共始從闌氏電平從屬圖4通過(guò)can總線(xiàn)傳輸?shù)淖止?jié)3.2 ni usb-8451 卡ni usb 8451卡是高速（12mb / s） usb 2.0卡。該卡可連接到i2c和spi總線(xiàn)，還 包括通用di / o端口。該卡支持i2c總線(xiàn)的通信速度為32khz至250khz, spi總線(xiàn)的 通信速度為48khz至12mhz。圖 5 ni usb-8451 卡ni usb-8451的基本參數(shù)：電源：usb （4.1伏至5.25伏 直流，最大500毫安）針腳數(shù)：32連接端口：端子尺

15、寸：8.18厘米x 8.51厘米x 2.31厘米（包括端子）表 4 ni usb-8451 連接信號(hào)描述spi cs輸出片選spi mosi(sdq輸出主輸出從輸入用于與從站 通信spi miso (sdi)輸出主輸入從輸出用于與從站 通信spi clk輸出clk號(hào)i 2c sda集電極開(kāi)路輸出i 2c總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)i2c scl集電極開(kāi)路輸出i2c總線(xiàn)上的clkpi/o通用i / o+5v輸出電源電壓-usbgnd信號(hào)地nc未連接3.3 通信萬(wàn)案超聲波傳感器通過(guò)i2c總線(xiàn)連接。有2個(gè)上拉電阻連接到電源電壓。 它們用于在 總線(xiàn)的空閑狀態(tài)下調(diào)整h邏輯電平。止匕外，在板上還連接有兩個(gè)電容器c,其在測(cè)

16、量期 間在傳感器的較高電流消耗下穩(wěn)定電源電壓。n1-k45ii2.c sda izc sa +5v gnd圖6傳感器和ni usb-8451卡連接50ascl sfroncgnd4傳感器測(cè)量應(yīng)用該應(yīng)用程序是在labview圖形編程環(huán)境中開(kāi)發(fā)的。為用戶(hù)創(chuàng)建了一個(gè)圖形界面， 允許您指定測(cè)量，讀取結(jié)果并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。該應(yīng)用具有初始化部分，其中進(jìn)行卡選擇和設(shè)置用于通信的電壓電平。另一部分由 環(huán)路形成，其執(zhí)行與傳感器的重復(fù)通信。在開(kāi)始測(cè)量和讀取數(shù)據(jù)之間必須加載等待傳感 器完成測(cè)量。此等待時(shí)間設(shè)置為100毫秒（最小65毫秒）。下面的流程圖說(shuō)明了測(cè)量 算法。5驗(yàn)證申請(qǐng)為了確定傳感器的測(cè)量精度，對(duì)不同距離

17、進(jìn)行實(shí)際測(cè)量直到750cm的最大距離。此 外，它也已經(jīng)驗(yàn)證了方向傳感器的特性。5.1 距離測(cè)量精度的驗(yàn)證第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證精度距離測(cè)量，它被分為3部分。在第一部分中，距離可達(dá)300 厘米，隨后距離可達(dá)600厘米，最后距離可達(dá)750厘米。5.2 測(cè)量方法傳感器在垂直位置放置在支架上，使得它面向天花板。選擇這樣的位置是因?yàn)閬?lái)自 空間中的其他對(duì)象的可能反射以及更容易識(shí)別測(cè)量對(duì)象。通過(guò)超聲波傳感器在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行3m距離測(cè)量。測(cè)量程序包括使用可調(diào)節(jié)高度的三 腳架逐漸增加傳感器和天花板之間的距離?？偸鞘褂胻ape-measur檢查傳感器測(cè)量的距 離以確定參考距離。 根據(jù)eg （通告mpo no.339 / 2

18、000sb ,參考儀表的精度在ii級(jí)。 精度由下式給出：測(cè)量誤差=（0.3+0.2標(biāo)距長(zhǎng)度）（毫米）（3）下表顯示每個(gè)測(cè)量距離的最大誤差計(jì)：表5使用磁帶測(cè)量的測(cè)量誤差根據(jù)eg ii的誤差極限（毫米）1米2米3米5米8米10米0.50.70.91.31.92.3在結(jié)果表中，將測(cè)量值作為自己的儀表長(zhǎng)度（測(cè)量帶）和超聲波傳感器進(jìn)行評(píng)估， 最終測(cè)量總誤差。在列中的傳感器精度tp也包括精密儀器，這是由超聲波傳感器驗(yàn)證。表6高達(dá)3m的測(cè)量lm（厘米）ls() s（厘米） m(4) s clk()tp(%)1137136.5-0.5士 0.70.570.5(0.46)2156155-1士 0.71.0731

19、74173-1士 0.71.074210.2210-0.2士 0.90.295240.3239-1.3士 0.91.396284.5284-0.5士 0.90.59其中：1m由磁帶計(jì)測(cè)量的距離1s傳感器測(cè)量的距離s傳感器錯(cuò)誤磁帶計(jì)錯(cuò)誤sclk總誤差（包括誤碼儀）tp傳感器精度等級(jí)總誤差超聲傳感器被計(jì)算為相對(duì)于3m范圍的最大偏差：clk總誤差=【最大（i傳感器錯(cuò)誤i + i磁帶計(jì)錯(cuò)誤i ）/300 *100 （%）（4）5.3 測(cè)量結(jié)果高達(dá)6m在6m范圍內(nèi)的距離測(cè)量的程序類(lèi)似于前面的情況進(jìn)行。由于相應(yīng)的房間被選為具有所需參數(shù)教室天花板高度的教室（見(jiàn)表7）。由于最后一次測(cè)量是在6m范圍內(nèi)進(jìn)行的。該

20、測(cè)量在fei, vsb-tu ostrava的入口 大廳進(jìn)行。還有天花板所需的參數(shù)（見(jiàn)表8）。在這兩種情況下的計(jì)算類(lèi)傳感器精度與確定基本傳感器測(cè)量范圍距離直到 3m的精 度等級(jí)的情況相同。表7高達(dá)6m的測(cè)量lm（厘米）ls() s（厘米） m() s clk()tp(%)1396395-1.00士 1.31.330.7(0.62)2422.84252.20士 1.32.333452.44552.60士 1.32.734487.5485-2.50士 1.32.635517.5515-2.50士 1.92.696546.3545-1.30士 1.91.497578.5575-3.50士 1.93.

21、698607.5605-2.50士 1.92.6996356350.00士 1.90.19表8超過(guò)6m的測(cè)量1m（厘米）1s() s（厘米） m() s clk()tp(%)17337303.0士 1.93.190.4*(0.38)*范圍設(shè)置xr = 8m6方向特性根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)表，超聲波傳感器傳感器使光束角度為 55。下圖顯示了傳感 器在極坐標(biāo)中的輻射方向圖。 為了測(cè)試這個(gè)特性只取一點(diǎn)。由于本實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)， 選擇測(cè)量距離150厘米。圖8定向特性srf08在傳感器上方放置沿著其移動(dòng)板（24x 39cm）的路徑。將板在平面中的四個(gè)方向 上移動(dòng)，直到被傳感器捕獲。隨后，從傳感器板上方的已知距離

22、位置和所測(cè)量的三角形 的斜邊的長(zhǎng)度計(jì)算角度。在兩個(gè)軸（在四個(gè)側(cè)面的平面中）上進(jìn)行測(cè)量。-16 -圖9定向特性驗(yàn)證確認(rèn)光束角度與制造商非常一致。測(cè)量值如下表所示:表9光束角度測(cè)量方向is ()1m （厘米）l （厘米）/s ( )/m （。）628.4628.4刖149147130.527.429.9后149147130.527.429.9z s clk( )-55.0=58.3其中：1m由磁帶計(jì)測(cè)量的距離1s傳感器測(cè)量的距離l高度板/s傳感器數(shù)據(jù)的角度/m磁帶表的角度zs clk整體角度7結(jié)論我們可以從實(shí)際測(cè)量5看到，超聲波傳感器以高精度測(cè)量距離。 在測(cè)量距離高達(dá) 3m時(shí)精度等級(jí)為0.5,